УКД 628 - Московский государственный университет

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА
«РОЛЬ МЕЛИОРАЦИИ И ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА В РЕАЛИЗАЦИИ
НАЦИОНАЛЬНЫХ ПРОЕКТОВ»
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
Москва 2008
УКД 628.3
ПРИМЕНЕНИЕ НИТРИФИКАЦИИ И ДЕНИТРИФИКАЦИИ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ
АЗОТА ПРИ ОЧИСТКИ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД.
А. А. Калашников – аспирант
ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»,
г. Москва, Россия
В статье описывается метод очитки сточных вод с применением процесса
нитрификации и денитрификации. Рассматриваются условия протекания процесса и
оптимальные параметры их проведения.*
The article describes a process of sewage disposal, carried out by method of using
nitrification and denitrification. Terms of the process functioning and effective parameters are
also given in details.
Рост научно-технического прогресса, развитие промышленного и жилищно-бытового строительства, требуют улучшения качества подаваемой воды потребителям.
Резервы воды истощаются из-за всё нарастающего загрязнения водных источников.
Возникает проблема предупреждения поступления вредных веществ в природные
водоёмы. Так как естественные биологические процессы, которые протекают в водоёмах,
уже не обеспечивают самоочищения, происходит нарушение экологического равновесия.
Сточные воды, кроме различных загрязнений, содержат ещё и соединения азота и
фосфора. Проблема удаления азот – и фосфорсодержащих соединений возникла в связи с
ухудшением качества воды рек и водохранилищ питьевой воды, вызванного
эвтрофикацией, которая обусловливается наличием избыточного количества питательных
элементов в поверхностных слоях воды. Это, в свою очередь, вызывает усиленный рост
водорослей и макрофитов. Эта водная растительность мешает прохождению света вглубь
водоёма, потребляет растворённый кислород и приводит к разрушению фауны и полному
исчезновению рыбы.
Таким образом, глубокая биологическая очистка сточных вод от соединений азота
является одной из глобальных проблем. Экологически чистые и эффективные методы
биологической очистки сточных вод от соединений азота требуют строительства новых,
расширения уже существующих очистных сооружений. Глубокое и всестороннее
изучение вопроса удаления из воды соединений азота ведётся уже много лет различными
специалистами в этой области наук многих стран мира.
Для удаления из сточных вод азотсодержащих соединений в мировой практике
находят применение методы нитри-денитрификации, предусматривающие чередование
аэробных и анаэробных зон в одном сооружении.
Процесс глубокой нитрификации сточных вод, содержащих NH4+, независимо от
исходной концентрации аммонийного азота эффективно протекает в аэротенках –
смесителях при соблюдении строго определенного возраста активного ила, который для
различных условий может измениться от 5 до 70 и более сут.
При осуществлении процесса нитрификации в отсутствии или недостатке органического субстрата для построения биомассы нитрифицирующих микроорганизмов
требуется искусственная добавка источников неорганического углерода в виде НСО3- или
СО2 из расчета 2 мг-экв на 1 мг-экв окисленного аммонийного азота.
Оптимальная величина рН для нитрифицирующих микроорганизмов составляет 8,4,
оптимальная температура 30°С. При температуре менее 30°С наблюдается снижение скорости нитрификации. Процесс нитрификации может осуществляться как в присутствии
органических веществ, так и в их отсутствии. Особое внимание следует обратить на
присутствие в сточных водах веществ, тормозящих или полностью ингибирующих
нитрификацию, в частности свободного аммиака и ионов тяжелых металлов.
Для удаления из воды окисленных форм азота (NО2- и NO3-) осуществляют денитрификацию, то есть восстановление нитритов и нитратов до молекулярного азота.
Процесс денитрификации для удаления органических веществ по затратам энергии более
экономичен, чем аэробный процесс, в котором значительная часть энергии расходуется на
окисление. В денитрификаторе энергия затрачивается лишь на медленное перемешивание
иловой смеси.
Этот процесс может быть реализован при наличии в воде определенного количества
органического субстрата, окисляемого сапрофитными микроорганизмами до CO2 и Н2О за
счет кислорода азотсодержащих соединений. При денитрификации обеспечивается
очистка сточных вод одновременно от биологически окисляемых органических соединений и от соединений азота (NО2- и NO3-). Наиболее эффективно процесс денитрификации
протекает при рН = 7-7,5, при рН выше 9 и ниже 6 процесс затормаживается.
В качестве органического субстрата в процессе денитрификации могут быть
использованы любые биологически окисляемые органические соединения (углеводы,
спирты, органические кислоты, продукты распада белков, избыточный активный ил и
т.д.). Источником углеродного питания при очистке сточных вод методом
денитрификации могут быть исходные или прошедшие очистку в первичных отстойниках
сточные воды, а также органосодержащие производственные сточные воды,
предпочтительно не содержащие аммонийного, органического и белкового азота.
Необходимое соотношение величины БПК в сточных водах к нитратному азоту
ориентировочно равно 4: 1.
Для процессов нитрификации и денитрификации могут быть использованы обычные
сооружения биологической очистки: аэротенки и биофильтры, но прошедшие
реконструкцию.
При удалении соединений азота из сточных вод могут применяться различные схемы
очистки: одностадийные, двух или трехстадийные. В каждой схеме процесс
денитрификации может осуществляться в начале, середине или конце сооружения, с
искусственной добавкой субстрата (например, метанола) или с использованием субстрата
сточных вод, с проведением процесса денитрификации в аэробных или анаэробных
условиях, с дополнительной рециркуляцией иловой смеси в начало резервуара из его
конца или из вторичного отстойника, а также из одной ступени в другую. Во всех схемах
на завершающей стадии устраивают, как правило, аэрацию иловой смеси
продолжительностью не менее 1-2 ч для отдувки газообразного азота и более глубокого
окисления аммонийного азота. Для удаления из сточных вод соединений азота возможно
применение специально разработанных для этих целей сооружений типа циркуляционных
каналов, в которых создаются аэробные и анаэробные участки за счет рассредоточенного
расположения поверхностных механических аэраторов. Возможно осуществление
процесса в аэротенке-смесителе при попеременном (цикличном) аэрировании и
перемешивании иловой смеси в течение короткого времени (1-1,6 ч) при соблюдении
необходимого времени пребывания сточной жидкости в сооружении. Для перемешивания
иловой смеси могут быть использованы лопастные мешалки с горизонтальной или
вертикальной осью вращения, гидравлическое перемешивание, а также перемешивание
воздухом с малой интенсивностью, подаваемым дырчатыми трубами или открытыми
стояками.
При отсутствии токсичных загрязнений (особенно для нитрификации) могут
применяться секционированные вытеснители с последовательно работающими
аэробными и анаэробными секциями и подачей в секции денитрификации
соответствующего количества органического субстрата или исходной сточной жидкости.
Повышение требований к качеству очистки сточных вод, увеличение тарифов на
электроэнергию, ограниченные земельные ресурсы создают предпосылки для применения
современных технологий очистки сточных вод.
Практически, все находящиеся в эксплуатации очистные сооружения, работают по
ступени нитрификации. При этом, растворенные в стоках соли аммония в результате
биоценоза микроорганизмов, передаются в соли азотистой и азотной кислот,
растворенных в стоке, образуется избыточный активный ил, также являющийся
вторичным загрязнением.
Все действующие сооружения биологической очистки сточных вод можно отнести к
морально устаревшим, они нуждаются в реконструкции и переходе на более эффективные
методы очистки сточных вод.
Проектирование сооружений для очистки сточных вод. (Справочное пособие к СНиП). – М.:
Стройиздат, 1900. 192 с.
*